FR3087613A1 - Dalle a diodes electroluminescentes a deux canaux utilisant un assemblage de deux diodes electroluminescentes permettant de reguler le rythme circadien humain - Google Patents

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Abstract

L’invention consiste en une dalle à diodes électroluminescentes à deux canaux permettant la régulation de l’horloge circadienne humaine. En choisissant des diodes électroluminescentes bleues avec phosphores rouges, ou bien des diodes électroluminescentes bleues avec phosphores multiples, le rythme circadien humain peut être optimisé tout au long de la journée. La pondération des deux canaux au cours de la journée permet d’augmenter l’efficacité de la lumière sur la sécrétion de mélatonine.

Description

Description
Titre de l'invention : Dalle à diodes électroluminescentes à deux canaux utilisant un assemblage de deux diodes électroluminescentes permettant de réguler le rythme circadien humain [0001] La présente invention concerne une dalle à diodes électroluminescentes conçue de façon à permettre le contrôle des rythmes circadiens humains par la lumière, et particulièrement la sécrétion de mélatonine au cours de la journée, tout en conservant une bonne efficacité énergétique.
[0002] Description de l'art antérieur [0003] Depuis 1950, de nombreuses recherches se sont attelées à démontrer que les êtres vivants possèdent une horloge circadienne. De nombreuses études ont été entreprises de manière à mieux comprendre les facteurs influençant le règlement de cette horloge circadienne chez les animaux comme chez l’Homme. Depuis, il a été montré que le synchroniseur principal de l’horloge circadienne humaine est la lumière, et plus particulièrement la lumière bleue située entre 464 nanomètres et 484 nanomètres, les résultats variant selon les études. Aujourd’hui, la chronobiologie s’intéresse à la génétique et aux niveaux moléculaires, mais également aux impacts des rythmes biologiques sur la vie quotidienne.
[0004] En s’inspirant des derniers travaux sur le sujet, plusieurs industriels ont développé des produits d’éclairage dont la lumière est enrichie en bleu, permettant le contrôle de l’horloge biologique par la lumière.
[0005] Les inventeurs ont étudié le spectre émis par ces produits d’éclairage afin de mettre en évidence un lien entre lumière enrichie en bleu et lumière naturelle. Le résultat de ces études est que :
[0006] - La lumière émise par les diodes électroluminescentes bleues active l’horloge biologique de façon très puissante.
[0007] - Les éclairages circadiens mis sur le marché de l’éclairage professionnel ont pour effet une manipulation de l’horloge biologique qui augmente la productivité et l’attention, sans pour autant respecter un rythme naturel.
[0008] Plusieurs sociétés ont proposé des produits destinés à un usage personnel, à utiliser au coucher et au réveil. Cette solution est satisfaisante pour un univers personnel mais non pour un milieu professionnel et une utilisation en continu durant la journée.
[0009] La présente demande vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur en proposant un éclairage permettant de réguler l’horloge biologique de façon naturelle utilisable en continu durant la journée dans un univers professionnel.
[0010] A cet effet, l’invention a pour objet une dalle lumineuse à diodes électrolumi nescentes comprenant un assemblage de deux types de diodes électroluminescentes bleues associées à un phosphore rouge ou des phosphores multiples.
Brève description des dessins [0011] [fig.l] est un schéma en coupe de la dalle à diodes électroluminescentes selon l’invention.
[0012] [fig.2] est un schéma de l’assemblage de diodes électroluminescentes selon l’invention, qui sera inséré dans la dalle à diodes électroluminescentes. Les deux types de diodes électroluminescentes sont nommés DC et DL et numérotés. Les éléments résistifs sont représentés en noir.
[0013] [fig.3] est une courbe représentant un exemple de spectres extremum atteints par l’assemblage de diodes électroluminescentes remplissant les critères définis selon l’invention.
[0014] [fig.4] est une courbe représentant un exemple de spectres extremum atteints par l’assemblage de diodes électroluminescentes ne remplissant pas les critères selon l’invention.
[0015] [fig.5] est une courbe représentant l’alternance des deux signaux de commande concernant les deux types de diodes électroluminescentes.
Description détaillée [0016] Un premier objet de l'invention est donc de suggérer une dalle à diodes électroluminescentes capable de réguler l’horloge circadienne de façon naturelle durant la journée, et plus particulièrement la sécrétion de mélatonine associée. Une étude bibliographique, à ce sujet, n'a pas permis de trouver de dispositif d’éclairage pour un éclairage de jour satisfaisant.
[0017] Un autre objet important de l'invention réside en un dispositif d’éclairage qui a une bonne efficacité énergétique tout en ajoutant peu au coût global du luminaire.
[0018] Des études antérieures ont établi que les cellules ganglionnaires à mélanopsine, qui permettent le règlement de l’horloge biologique par la lumière, sont sensibles à la lumière.
[0019] En utilisant les informations contenues dans ces différentes études, les inventeurs ont conçu une dalle lumineuse à diodes électroluminescentes dont la lumière, variant au cours de la journée, permet de régler le rythme circadien humain.
[0020] Plus précisément, la dalle lumineuse à diodes électroluminescentes selon l’invention délivre un spectre contrôlable et dont les caractéristiques spectrales sont spécifiquement choisies.
[0021] La variation moyenne du spectre lumineux doit être d’au minimum 30% d’intensité relative possible sur la plage de longueurs d’onde 464 nanomètres à 484 nanomètres. En effet, la valeur de 30% a été choisie telle que la modulation permise dans cette plage permette la régulation de l’horloge biologique selon un rythme naturel, permettant d’activer les cellules ganglionnaires à mélanopsine aux heures choisies et d’obtenir la synchronisation de l’horloge biologique. Afin de protéger l’œil des risques photo biologiques, il ne faut pas d’émission de lumière en dessous de 410 nanomètres, et une émission de lumière inférieure à 20% d’intensité relative pour les longueurs d’onde inférieures ou égales à 435 nanomètres.
[0022] Le niveau minimum d’intensité relative de lumière comprise entre 464 nanomètres et
484 nanomètres doit être inférieur à 20% de l’intensité relative totale. Ce niveau minimum d’intensité relative est obtenu en calculant la valeur moyenne de l’intensité relative sur la plage 464 nanomètres à 484 nanomètres pour toutes les valeurs de pondérations des deux diodes électroluminescentes. La valeur minimale obtenue pour la moyenne de l’intensité relative sur cette plage est alors retenue. Elle doit être inférieure à 20% de l’intensité relative totale afin de ne pas activer les cellules ganglionnaires à mélanopsine, et de pouvoir préparer le corps à la sécrétion de mélatonine, qui a lieu notamment le soir.
[0023] Selon une réalisation particulière de l'invention, les caractéristiques spectrales peuvent être obtenues par assemblage de deux types de diodes électroluminescentes blanches, constituées d’un assemblage de diodes électroluminescentes bleues et phosphores rouges.
[0024] Selon une autre réalisation, les caractéristiques spectrales sont obtenues par assemblage de deux types de diodes électroluminescentes blanches, constituées d’un assemblage de diodes électroluminescentes bleues et de phosphores multiples.
[0025] Dans les deux cas, la conception de l’assemblage reste similaire, au calcul des éléments résistifs près. Se référant à la [fig.2], celle-ci illustre l’assemblage de diodes électroluminescentes permettant d’être inséré dans une dalle lumineuse. Cet assemblage de deux diodes électroluminescentes, illustré par la [Fig. 3], permet d’obtenir une régulation du rythme circadien humain naturelle car il permet de remplir les conditions citées ci-dessus.
[0026] Lors de l’assemblage de deux diodes électroluminescentes et quelle que soit la réalisation choisie, la température de couleur (CCT) est nécessairement variable lors des variations au cours de la journée. Le luminaire selon l’invention est donc un luminaire à deux canaux.
[0027] L’indice de rendu des couleurs est maintenu au dessus de 90 peu importe la pondération des deux diodes électroluminescentes. En effet, un indice de rendu des couleurs au dessus de 90 est considéré comme excellent et permet de maintenir un rendu de l’environnement naturel, ce qui a pour conséquence d’améliorer le bien-être et le confort d’utilisation.
[0028] Se référant maintenant à la [fig. 1], celle-ci illustre un luminaire de type dalle lumineuse à diodes électroluminescentes conventionnel vu en coupe, ayant pour dimensions 60x60 centimètres ou 120x30 centimètres. Ces dimensions s’entendent au titre des dimensions usuelles des faux plafonds. La dalle lumineuse à diodes électroluminescentes est quant à elle légèrement plus petite, et sa taille peut représenter jusqu’à un centimètre de moins sur chaque dimension. La lumière est émise par l’assemblage de diodes électroluminescentes selon l’invention, positionné sur un, deux ou quatre côtés intérieurs du cadre en aluminium anodisé 1. La lumière émise par ledit assemblage de diodes électroluminescentes est ensuite guidée dans le guide de lumière 2, puis transmis à travers le diffusant 3. A l’arrière de la dalle, on positionne un réflecteur blanc 4 permettant de ne pas perdre de flux lumineux, ainsi qu’une plaque en aluminium anodisé 5 pour fermer le système.
[0029] L’assemblage de diodes électroluminescentes est contrôlé en intensité par un circuit électronique externe. Ce circuit électronique délivre deux signaux en modulation en largeur d’impulsion (PWM) de rapport cyclique variable. Se référant à la [fig.5], les signaux PWM sont inversés afin de maintenir un courant constant dans l’assemblage de diodes électroluminescentes. Les deux types de diodes électroluminescentes sont donc commandés en alternance, avec une fréquence supérieure à 100 Hertz afin de ne pas être perceptible par l’œil. Pour éviter le phénomène de scintillement, il est possible de lisser le courant à l’aide d’un filtre supplémentaire. Afin de moduler le rythme circadien humain au cours de la journée, le rapport cyclique de ces deux signaux de commande varie lentement durant la journée, tout en conservant l’alternance des deux diodes électroluminescentes. Ainsi, la somme des deux rapports cycliques est toujours égale à 100%, quelles que soient les pondérations des deux diodes électroluminescentes.
[0030] La sécrétion de mélatonine s’opère lorsque l’intensité relative moyenne dans la plage 464 nanomètre à 484 nanomètre est inférieure à 20% de l’intensité relative totale, en considérant un éclairement classique d’environ 500 lux sur le plan de travail. La commande sera donc adaptée de telle sorte à opérer une variation lente entre les deux diodes électroluminescentes jusqu’à atteindre ce taux au moment voulu. Les moments de la journée où nous souhaitons atteindre un niveau inférieur aux 20% sont définis selon les horaires de travail. Les périodes dites de repos, qui concernent principalement le matin, le soir et éventuellement les pauses, nécessitent un niveau d’intensité relative moyenne dans la plage 484 nanomètre à 464 nanomètre inférieure à 20%, tandis qu’au contraire les périodes dites d’activité, qui concernent principalement les périodes de travail, nécessitent un niveau d’intensité relative moyenne dans la plage 484 nanomètre à 464 nanomètre supérieur à 20%, avec une variation d’au minimum 30% par rapport au niveau minimal. Le changement d’éclairage vers une lumière pauvre en bleu s’effectue au minimum 30 minutes avant la période désignée comme période de repos.
De même, le changement d’éclairage vers une lumière enrichie en bleu s’effectue au minimum 30 minutes avant la période dite d’activité. La modulation au cours de la journée étant lente, l’utilisateur ne remarque pas les changements de température de couleur qui s’opèrent de façon similaire à la lumière naturelle.
[0031] La combinaison de deux types de diodes électroluminescentes à l’intérieur du luminaire augmente la puissance totale du luminaire, et donc la chaleur qui s’en dégage. Afin de maintenir le dispositif à une température convenable, les assemblages de diodes électroluminescentes sont fixés au cadre en aluminium anodisé grâce à un ruban thermique permettant la transmission de chaleur pour dissipation dans l’ensemble du cadre.
[0032] Il s'ensuit de ce qui précède que la dalle à diodes électroluminescentes, selon l'invention, est conçue pour permettre la régulation du rythme circadien humain par la lumière durant la journée.
[0033] Exemple d’utilisation [0034] La dalle à diodes électroluminescentes est conçue pour une installation dans les faux plafonds, au même titre qu’une dalle lumineuse à diodes électroluminescentes classique. L’utilisation de l’assemblage de diodes électroluminescentes selon l’invention permet une variation du rythme biologique tout au long de la journée, ainsi que de la température de couleur (CCT). Le luminaire selon l’invention s’adapte donc tout particulièrement à un univers professionnel dans lequel les salariés passent plusieurs heures consécutives enfermés, loin de la lumière naturelle.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Une dalle lumineuse à deux canaux à diodes électroluminescentes permettant la régulation du rythme circadien humain, possédant un assemblage de deux types de diodes électroluminescentes bleues caractérisé en ce qu’elles soient recouvertes de phosphores rouges ou de phosphores multiples, comprenant : - Un premier type de diode électroluminescente (DC) possédant une partie de son spectre lumineux dans la plage de longueurs d’onde 464 nanomètres à 484 nanomètres. - Un second type de diode électroluminescente (DF) possédant une partie de son spectre lumineux dans la plage de longueurs d’onde 464 nanomètres à 484 nanomètres. [Revendication 2] Procédé de commande d’une dalle lumineuse à diodes électroluminescentes à deux canaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation entre les deux canaux, dans la plage de longueurs d’ondes comprises entre 464 nanomètres et 484 nanomètres, atteigne au minimum 30% de l’intensité totale émise par le luminaire. [Revendication 3] Procédé de commande d’une dalle lumineuse à diodes électroluminescentes à deux canaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation entre les deux canaux, dans la plage de longueurs d’ondes comprises entre 464 nanomètres et 484 nanomètres, puisse atteindre 20% de la lumière totale émise par le luminaire, lors des périodes dites de repos selon les horaires de travail. [Revendication 4] Procédé de commande d’une dalle lumineuse à diodes électroluminescentes à deux canaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux canaux soient commandés en alternance à une fréquence supérieure à 100 Hertz par un signal de modulation en largeur d’impulsion, et dont la pondération permet la variation moyenne de la plage 464 nanomètres à 484 nanomètres durant la journée en fonction des horaires de travail. [Revendication 5] Une dalle lumineuse à diodes électroluminescentes permettant la régulation du rythme circadien humain selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit assemblage de diodes électroluminescentes possède un indice de rendu des couleurs supérieur à 90 quelle que soit la pondération des deux types de diodes électroluminescentes
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